Cientistas criam fotões a partir do vácuo

In the Chalmers scientists’ experiments, virtual photons bounce off a “mirror” that vibrates at a speed that is almost as high as the speed of light. The round mirror in the picture is a symbol, and under that is the quantum electronic component (referred to as a SQUID), which acts as a mirror. This makes real photons appear (in pairs) in vacuum. Credit: Philip Krantz, Chalmers

A experiência é baseada num dos mais contra-intuitivos princípios da mecânica quântica: o vácuo não é de forma alguma nada vazio. Na verdade, o vácuo é cheio de várias partículas que estão continuamente a flutuar entre a sua existência e não existência. Estas aparecem, existem por um breve momento, e depois desaparecem novamente. A sua existência é tão fugaz, que são geralmente referidos como partículas virtuais.

O cientista Christopher Wilson e seus colegas, da Universidade Chalmers, conseguiram com que os fotões deixassem o seu estado virtual de modo a tornarem-se fotões reais,  e daí mensuráveis. Em 1970, o físico Moore previu que os fotões virtuais poderiam “saltar” para fora de um espelho, se este se movesse a uma velocidade próxima da velocidade da luz. O fenómeno, conhecido como o efeito dinâmico de Casimir, foi observado agora, pela primeira vez, na experiência conduzida pela equipa de cientistas da Universidade Chalmers.

Como não é possível obter um espelho para se mover rapidamente o suficiente, temos desenvolvido um outro método para conseguir o mesmo efeito“, explica Per Delsing, professor de Física Experimental em Chalmers. “Em vez de variar a distância física a um espelho, nós variamos a distância elétrica num circuito que funciona como um espelho para os microondas.

O resultado foi que os fotões apareceram em pares, vindos do vácuo, sendo mensuráveis, na forma de radiação de microondas“, diz Per Delsing. “Também foram capazes de estabelecer que a radiação tinha exatamente as mesmas propriedades que a teoria quântica refere, quando aparecem os pares de fotões desta maneira.

O que acontece durante a experiência é que o “espelho” transfere parte de sua energia cinética para os fotões virtuais, que os ajuda a materializarem-se. De acordo com a mecânica quântica, existem muitos tipos diferentes de partículas virtuais no vácuo, como mencionado anteriormente. Göran Johansson, Professor Associado de Física Teórica, explica que a razão pela qual aparecem os fotões na experiência é porque eles não têm massa.
Relativamente pouca energia é necessária, a fim de excitá-los para fora de seu estado virtual. Em princípio, pode-se também criar outras partículas, tais como eletrões ou protões, mas isso exigiria muito mais energia.

O valor principal da experiência é que ela aumenta a nossa compreensão dos conceitos básicos de física, como as flutuações do vácuo – o constante aparecimento e desaparecimento de partículas virtuais no vácuo. Acredita-se que as flutuações do vácuo pode ter uma ligação com a “energia escura” que impulsiona a expansão acelerada do universo. A descoberta dessa aceleração foi reconhecida este ano com a entrega do Prêmio Nobel de Física (ver a nossa edição de Outubro da astroPT Magazine).

Mais Informação: “Observation of the dynamical Casimir effect in a superconducting circuit” C. M. Wilson, G. Johansson, A. Pourkabirian, M. Simoen, J. R. Johansson, T. Duty, F. Nori, & P. Delsing, Nature 479, 376–379 (17 November 2011), doi:10.1038/nature10561

Fonte: PhysOrg.com

 

7 comentários

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  1. Entendo que virtualizar é criar modelos para representar o que captamos dos objectos em estudo. Pode não representar toda a informação sobre o evento em análise e eu sinceramente não acredito que andem particulas a aparecer e desaparecer. Acho mais provável que se arrumem ou que se adaptem a outras “situações”. Contudo o Universo pode não ser um sistema fechado e continue a receber “matéria prima” da fonte do “Big bang”. Se assim fôr provado então podemos ter transição de matéria entre duas ou mais realidades.
    O efeito de túnel parece ser uma situação tipo “fac simile”. Uma particula entrega a sua energia cinética a outra estacionada e a “segunda”, parte replicando o comportamento da “primeira”, mas deve ter alguma perca de energia no processo, ou não?!Não deve ser obrigatório “espatifar” barreiras de energia potencial para passar a informação…
    De qualquer modo não levem-me a mal, estamos só a conversar.
    Um abraço a todos vós.

    • Manel Rosa Martins on 18/11/2011 at 15:39
    • Responder

    Uma “virtualização do domínio quântico um regresso à Idade das Trevas.” O Paulo também está impreciso no domínio da história, na Idade das Trevas não havia telemóveis e outros aparatos com “touchscreen,” que é uma aplicação prática do dia-a-dia do efeito de túnel referido e contextualizado no comentário do José Gonçalves.

    Poderá verificar melhor neste pequeno vídeo da Universidade de Nottingham.

    http://www.youtube.com/watch?v=qI5q6OqSo4s

  2. Paulo:
    De facto, estás incorrecto o fotão é portador de energia e não tem massa.
    Com equipamento ou não, acreditando ou não, e como não há outra teoria, a mecânica quântica, suportada na teoria do campo quantificável, prevê essas partículas virtuais, que são muito usadas nas representações dos diagramas de Feynman.
    Por exemplo, uma partícula virtual pode ser considerada como uma manifestação do efeito de tunel da Mecânica Quântica.
    O ter ou não equipamento para realizar medições extremamente pequenas, não é possível devido ao princípio de incerteza de Eisenberg, mas existe sempre maneiras de as observar indirectamente, através dos seus efeitos, conforme foi o caso apresentado por estes cientistas.

    1. Assim seja!
      Eu continuo a “apostar” que o fotão ou o X_ão é uma manifestação minima (quanta) de energia cinética devido à deslocação de uma variação de posição na estrutura do espaço-tempo (propagação da onda). Eu digo X_ão, por existirem ondas electro magnéticas desde f->0 até os raios cósmicos. O que parece é que a partir dos ultra violetas andam umas massitas à boleia pelo deslocamento da onda; ou então anda sempre “alguém” a surfar nas ondas do espaço tempo, mas não são detectados aquém de certas condições de velocidade angular.
      Lembro-me de ler na década de 70 do século passado, que os cientistas tinham conseguido suportar uma pequena esfera sobre um feixe de luz! Eu pergunto se o feixe de luz suportava a esfera ou anulava o efeito gravitico sobre a esfera. Esse feixe de luz parecia vir de uma fibra óptica e era bastante intenso, não se sabendo mais sobre as suas caracteristicas.
      Também li, embora possa ser ficção, que os antigos egipcios denominavam o espaço cósmico como o “Grande Oceano”. Se for verdade, considero a analogia bastante perspicaz.
      Até à próxima.

  3. Eu sempre achei um regresso à idade das trevas o facto de aceitarmos como possivel as virtualizações no dominio quantico.
    Volto a dizer, apesar de ser, como já afirmei anteriormente, um simio ignorante, que quem transporta a energia são as massas. Posso estar incorrecto, pelo facto de poder existir algo mais que transporte energia, mas até à data…
    Por isso, dizer que criaram fotões do vazio, ou seja, criaram transferencia de energia por via de propagação de onda electromagnética no vazio e depois afirmar que as particulas aparecem e desaparecem é algo surrealista. Acredito que não existe é equipamento, ideias ou interesse em demonstrar o tecido do espaço-tempo. A seu tempo a situação irá esclarecer-se.
    Bem haja.

  4. Bem, coisas a aparecer do nada… faz-me um bocado de confusão 😛

      • Manel Rosa Martins on 18/11/2011 at 04:48
      • Responder

      Se o nada for um meio, no sentido em que a atmosfera é um meio, um sistema, onde trabalham partículas que geram energia, é apenas a noção semântica de nada que te causa confusão. Mas o nada, o vácuo, tem presente uma força-campo de que conhecemos quase nenhumas observações directas. Deve portanto causar apenas a mesma perplexidade que a Energia-escura, com algumas leis fundamentais diferentes, só isso.

      Causar confusão também é excelente sinal, tens que lidar com a intuição do dia-a dia contra a anti-intuição da explicação afinal mais razoável, e mais verificável, do dia-adia.

      O teu cérebro, e o meu, e o de todos os seres humanos tem esta capacidade, mas, em geral, precisa de muita devoção ao tema, por um lado, e duma muito difícil de explicar “inspiração nalguns momentos, e não em todos, estar “on”, digamos assim, para aceitar esta lei como básica e fundamental, e ora validada pela experimentação (sob reserva claro de melhor revisão).

      É daqui, desta estranheza, e doutras estranhezas, de noções e de leis naturalmente desconcertantes, que parte a Física do muito pequeno, a mecânica quântica, ou dos quantas, dos pacotes de energia.

      Se pensares numa analogia como um anexo dum simples e-mail, naquele icon rectangular com uma extensão de programa, por exemplo .doc, podes pensar numa representação dum quanta.

      Ele é virtual, o anexo e o e-mail , até tu abrires a caixa do teu e-mail e o leres.

      É de facto constituído por linhas de programação que andam codificadas num meio virtual, e até podemos dizer que se mantêm virtuais, os teus e-mails, mesmo após tu os teres lido.

      Se pensares um pouco nisso também faz um bom bocado de confusão. :))

      Então se virmos que os teus e-mails são de facto electrões, partículas fundamentais, quantas, que estão agrupados de forma metódica (por terem sido manipulados) a confusão é tão natural como total.

      E não compreendo, é um sistema fácil de entender (a mecânica), quase impossível de explicar, e mesmo impossível de compreender (as causas progenitoras, como nas estrelas progenitoras). Nós não temos cefeidas na mecânica quântica, temos rastros, vestígios, destas partículas.

      Estas partículas virtuais vivem, enfim, existem, durante períodos de tempo tão reduzidos que são impossíveis de detectar directamente com a tecnologia de hoje.

      Um amigo hoje disse-me que gostava da expressão pop in and out, saltar para a dentro e para fora.

      Eu acrescentei: não é bem pop out, é popping in and out of existence, saltitando entre a existência e a não-existência, no gerúndio.

      Isso significa que as partículas como os electrões existem e não existem ao mesmo tempo, em simultâneo, por períodos de tempo de fracções tão diminutas do segundo que mal as conseguimos imaginar. ~10^-43 segundos, ou zero vírgula, seguido de 42 zeros seguidos dum 1, de segundo.

      0.000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 1 segundos.

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